天宫2号鸟瞰全球:稀土元素实为航天国防之关键先生

2016年9月15日22时04分,搭载“天宫二号”空间实验室的长征二号FT2运载火箭在酒泉卫星发射中心点火发射。约575秒后,“天宫二号”与火箭成功分离,进入预定轨道,发射取得圆满成功。即将与“天宫二号”交会对接的神舟十一号载人飞船和天舟一号货运飞船分别计划于今年10月中旬和明年上半年实施发射,中国载人航天快速迈入应用发展新阶段。

运载火箭、空间实验室、太空飞船的大制造及燃料均需要大量的特殊材料,核心部件更离不开稀土元素的应用。无论是航空航天还是国防军工,稀土元素均是实现其高科技和重要及创新功能的关键先生。

能源(燃爆)

钷:Pm147放出能量低的β射线,用于原子电池、用于导弹制导仪器仪表的电源;热源,为真空探测和人造卫星提供辅助能量;稀释剂,用于钇原子能反应堆燃料。

钆:及其同位素都是最有效的中子吸收剂,可用于核反应堆的抑制剂,以保证核反应的安全。

驱动(制导)

稀土永磁:制导系统应用钐钴磁体和钕铁硼磁体,用于电子束聚焦;发动机,实现超音速巡航;雷达,应用钐钴磁体;船舰的电驱动系统应用钕铁硼,有能提供更强劲动力、节约燃料、供电,以及静音、体积小等优点;用于飞机、潜艇、中远程弹道导弹、巡航导弹以及精确制导炸弹等航天军工产品的惯性导航系统的各类陀螺仪、加速度计、力矩电机等核心惯性测量元件;在卫星、飞船的姿态控制、轨道控制系统中,稀土永磁材料主要用于各类闭锁阀门,具有重量轻、可靠性高节约燃料等突出优势,在这类阀门中,靠永磁材料产生的磁力锁闭在一定的位置、靠地面控制的脉冲磁场改变锁闭位置,主要用于控制空间飞行器推进剂的供给,从而进行姿态控制和轨道控制。

高温磁体:高温磁体是新型多电发动机的核心部件大功率内置式整体起动/发动机、主动磁浮轴承系统、电力作动器等的关键材料。

铽镝铁磁致伸缩合金(TerFenol):用于声纳、燃料喷射系统,广泛应用于液体阀门控制、微定位、机械致动器、太空望远镜的调节以及机翼调节器等领域。

电子控制

永磁材料:主要应用于行波管、磁控管、调速管等器件。高性能永磁材料可使器件的性能和稳定性显著提高,器件实现小型化。

永磁材料主要应用于行波管的电子聚焦系统,产生均匀磁场或周期磁场。脉冲行波管用于地面固定和移动式雷达、机载火控雷达、电子对抗设备等;小型行波管体积小、重量轻,适合于用量大的场合,如相空阵雷达;空间行波管是空间应用的专用管型,特点是可靠性高、寿命长和效率高。磁控管是一种用来产生微波能的电真空器件,脉冲磁控管广泛用于引导、火控、测高、机载、舰载、气象等各种雷达中;连续波磁控管主要用于电子对抗,稀土永磁材料为磁控管提供很强的恒定磁场。

激光(夜视)

镧:用于夜视仪,增加晚上的作战能力。

钇:用于激光测距仪,可以做到先发制敌。

铒:掺铒的激光晶体及其输出的1730nm激光和1550nm激光对人的眼睛安全,大气传输性能较好,对战场的硝烟穿透能力较强,保密性好,不易被敌人探测,照射军事目标的对比度较大,已制成军事上用的对人眼安全的便携式激光测距仪。

稀土永磁材料还应用于高轨预警卫星的高压自锁阀、扫雷艇的遥控扫雷具,声学武器的声波发生器,各类武器的引爆系统等等。

此外,对于空间探测来说,离子推进具有比冲高、能重复启动、质量轻、体积小、消耗工质少和寿命长等特点,因此受到各航天大国的高度重视。据计算,一颗2000kg的卫星,若采用离子推进器将它从350km高度的轨道提高到500km,并进行5年的轨道保持,仅需工质25kg。离子推进器中,稀土永磁体在电离室中产生轴向磁场,使氙离子在高压静电场的作用下加速,产生推力推动航天器前进。

在航天器和导弹的部件中,包含很多添加铈元素的陶瓷,喷气发动机覆盖耐热陶瓷涂层以保护金属合金,陶瓷涂层因氧化钇保持其耐热耐久性,防止氧化锆从四方到单斜结构转变。稀土元素还可用于装甲用钢,提高了70%左右的抗击力,而包含稀土元素的可延展性球磨铸铁制造的迫击炮炮弹杀伤力大大提高。

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